Томас Хертог ни разказва как е сътрудничил със Стивън Хокинг върху последната му теорема - дарвинистка революция във физиката, която обяснява произхода на времето.
През 2002 г. Томас Хертог, тогава студент по теоретична физика, влезе в кабинета на Стивън Хокинг в университета в Кеймбридж и видя очите на своя ръководител, изпълнени с емоции.
Новината на Хокинг беше и признание. Известният физик казал на своя ученик, че книгата му „Кратка история на времето“ е погрешна, защото предсказва безплодна вселена, неподходяща за живот, и той иска Хертог да му помогне да намери нова теория.
И така, през последните 16 години от живота на Хокинг, дуото, заедно със сътрудника Джеймс Хартъл, разработиха ново обяснение за това как е възникнала нашата Вселена.
Live Science седна с Хертог, сега професор в KU Leuven в Белгия, за да обсъдят новата му книга „За произхода на времето“ (Penguin Random House, 2024 г.), десетилетното му сътрудничество с Хокинг и умопомрачителния дарвинистки възглед за произхода на Вселената, който тяхната работа в крайна сметка произведе.
Бен Търнър: Когато се срещнахте със Стивън Хокинг, той започна да мисли, че картината за произхода на Вселената, която беше представил преди това в „Кратка история на времето“, е погрешна и искаше да потърси нова теория. За читателите, които може би не знаят, каква е стандартната концепция за това как е започнала нашата Вселена?
Томас Хертог: Със сигурност това, което е стандартно, е, че е имало някакъв Голям взрив - насилствено, изключително странно начало. Това, което беше предизвикателство, е да се опише какво точно се е случило при Големия взрив.
Какво е новото в приноса на Хокинг в "Кратка история на времето?" Какво беше основното прозрение, на което се позова? Той излезе с математически модел на действителното начало в известното си „предложение без граници“, в което Големият взрив е истинският произход.
За съжаление, моделът на Хокинг не създаде обитаема вселена. Вместо това беше празна вселена - без звезди, без галактики и без живот. И така, както казвате, в края на 90-те Хокинг осъзнава, че има проблем с неговия модел.
BT: Популярен отговор за това как нашата обитаема вселена може да се е формирала е, че Големият взрив е довел до вечна космическа инфлация с различни джобове на разширяващо се пространство-време – мултивселена – и че нашата Вселена просто е един от джобовете, където законите на физиката са балансирани по правилния начин за създаване на живот. Защо тази идея не устройва Хокинг?
TH: Тези модели на мултивселената не могат да се фалшифицират, дори по принцип. Това не е защото не можем да разгледаме ранната Вселена и да я проверим; защото моделите на мултивселената не правят недвусмислени прогнози за това, което трябва да видим в тази вселена.
BT: Как се срещнахте с Хокинг и започнахте да си сътрудничите? Запознахте се с него, когато бяхте магистър. Какво беше това? По това време той вече беше легенда.
TH: Да, той вече беше доста известен. Срещнах го, защото израснах в Белгия, а в края на 90-те в Белгия нямаше космология. Стивън и неговите колеги, Мартин Рийс и тези хора, бяха създали нещо като Мека за космологията в Кеймбридж. Така че имах един професор, който ми каза: "Виж, ако искаш да се занимаваш с космология, отиди в Кеймбридж."
В Кеймбридж беше много добре известно, че всеки, който излезе на първо място в магистърския клас, ще получи покана да отиде да говори със Стивън и това се случи с мен. Така че той ме взе за негов докторант.
Но, разбира се, истинското сътрудничество започна по-късно, когато се озовахме на една и съща научна вълна и се заинтересувахме от по-дълбоките проблеми, свързани с Големия взрив. Просто се случи: намирате се на една и съща дължина на вълната, интересувате се от същите проблеми, може би споделяте някаква интуиция. Като теоретични физици вие винаги извършвате мисловни експерименти един върху друг и след известно време развивате общо разбиране.
BT: Миналите теории за Големия взрив са очертавали вселената така, сякаш я разглеждат от „обективна“, богоподобна гледна точка. Теорията, върху която вие и Хокинг започнахте да работите, измести тази перспектива към една по-подобна на нашата собствена - наблюдател някъде във Вселената. Това ви накара да вземете квантовата механика, както и теорията на струните, като отправна точка. На какво те научи началото по този начин?
TH: Когато вземете Божието око на вселената, вие ще търсите предварително обяснение защо целият космос трябва да прави това, което прави - някаква платонова математическа истина, която тегне над цялата Вселена.
Но когато вземете това, което наричате по-човешка гледна точка, гледна точка на наблюдател във Вселената, това е много различно. Ще вземете по-историческа гледна точка. Вие не питате: "Защо Вселената трябва да е такава?" но "Как се случи всичко това?"
Ако използвате квантовата механика, за да реконструирате тази история чак до Големия взрив, тази историческа перспектива започва да се проявява на нивото на самите закони на физиката. И това, разбира се, е изненада. Мислехме, че законите на физиката са фиксирани и неизменни, но ако се върнете назад във времето, те започват да се опростяват. В известен смисъл те започват да се изпаряват, дори структурата.
Тази структура, кодирана в законите на физиката, започва да изчезва, докато в крайна сметка - и това е същината на нашата хипотеза - дори разликата между времето и пространството се размива. Законите на еволюцията на нашата Вселена, стандартните закони на физиката, се затварят сами; те престават да бъдат. Самата физика изчезва.
Това е Дарвинов обрат. В биологията се връщаме по дървото на живота до произхода на живота и законите на биологията също изчезват. Това е така, защото тези закони са възникващи свойства на биологичната еволюция. Ние твърдим, че законите на физиката също са възникващи свойства на много по-ранна еволюция.
BT: Това ще се стори на хората много странно. В биологията селективният натиск играе ролята на стимулиране на биологичните закони да се развиват. Какво кара физическите закони да се развиват?
TH: Актът на наблюдение в квантовата механика. Ще ме попитате: "Но чакай малко - кой наблюдава?" Защото очевидно в ранната Вселена няма човешки наблюдател. Но всички знаем, че актът на наблюдение в квантовата механика идва от самата среда - това са взаимодействията между частиците и силите.
Дори един фотон може да извърши акт на наблюдение в квантовата механика. Може да преобразува набор от възможни истории в осезаема, конкретна реалност.
BT: Според вашата теория, когато върнем времето обратно към Големия взрив, физическите закони се сгъват върху себе си и самото време губи своята идентичност - това му дава начална точка. Айнщайн особено не харесва тази идея. Защо той възрази?
TH: Когато Айнщайн и неговите съвременници пускаха еволюцията на Вселената назад във времето, те правеха това, използвайки собствената теория на Айнщайн по класически, детерминистичен начин. Те се натъкнаха на това, което наричат сингулярност [където уравненията, описващи Вселената, се разпаднаха]. Произходът на времето, Големият взрив, изглежда не беше част от науката.
Когато Стивън и аз проследихме еволюцията на Вселената назад, го направихме по квантово-механичен начин. Това е в съгласие с Айнщайн, докато не стигнете до по-ранните етапи, където нашата картина е много, много различна. Законите на физиката никога не се нарушават [в картината на Хертог, Хартъл и Хокинг]; те просто постепенно изчезват. Мисля, че Айнщайн би се съгласил с това.
BT: Ключът към идеята ви за произхода на времето е, че то е възникващо свойство от взаимодействията на много квантови частици на ръба на наблюдаваната вселена. Вселената е като диск, разширяващ се навън, а на ръба на този диск има кубити, частици, съдържащи цялата информация за Вселената. Играта на тези частици излъчва времето в нашата Вселена от този най-отдалечен край - като космическа холограма. Можете ли да обясните холографския принцип малко повече?
TH: Така че начинът, по който четем миналото на Вселената, е от холографска гледна точка. Холографският екран е абстрактно представяне на нашата реалност и докато отдалечаваме все повече и повече от този екран, това съответства на връщане назад във времето. Картината става по-груба, губите информация, губите пиксели и Големият взрив е границата, при която информацията ви свършва. Началото на света всъщност е епистемичен хоризонт, където науката (от холографска гледна точка) просто не достига по-назад.
И, разбира се, това се вписва много добре в историята, която ви разказах по-рано - че законите на физиката, заедно с времето и пространството, изчезват, когато стигнем до Големия взрив, произходът на физиката. Холографското изпълнение на нашата визия го направи щракване заедно.
Така работи теоретичната физика. В ретроспекция започвате с много интуиция и оформяте това в математическа рамка, която е последователна и която ви позволява в крайна сметка да предвидите нови явления. Това е мястото, където вървят текущите изследвания: Как можем да тестваме този модел? Как можем да намерим вкаменелости от тази много ранна еволюция?
BT: Това всъщност е следващият ми въпрос.
TH: [Смее се] Страхувах се.
BT: Къде можем да търсим? Преди космическия микровълнов фон (CMB), Вселената беше напълно непрозрачна. Как да надникнем отвъд този микровълнов мъх?
TH: Космическият микровълнов фон ви дава картина на Вселената 380 000 години след Големия взрив, когато е станала прозрачна. Но тази ранна фаза на еволюцията, за която говоря, се случва много по-рано, така че трябва да надникнете през [CMB]. И не можете да направите това със светлина, електромагнитни вълни.
Но гравитационните вълни преминават през всичко, така че можете да се надявате да погледнете по-назад. По принцип няма ограничение — можете да погледнете чак до Големия взрив и да отключите този по-дълбок слой на еволюцията.
BT: Кажете, че сме в състояние. Какво можем да видим?
TH: Ние направихме хипотеза. как? Е, начинът, по който си представям този ранен етап, е малко като разклонено, разнообразяващо се дърво от физически закони. Всяко от тези разклонения всъщност е раждането на нов вид сила - една сила се разделя на две с нови частици и повече структура. Някои от тези клонове са доста бурни, идват с изблици на гравитационни вълни, които не са локализирани на едно място и се появяват като фоново лъчение, подобно на космическия микровълнов фон.
BT: Вашата теория описва физическите закони, развиващи се бързо, когато Вселената е била плътна и гореща и е имало много взаимодействия или „наблюдения“ между частиците. Но ако тези закони все още имат способността да се развиват, има ли това някакво значение за края на Вселената?
TH: Краткият отговор е, разбира се, че не знам. Но ако ме предизвикате малко, мога да кажа нещо много спекулативно: ако законите на физиката не са били определени, фиксирани и неизменни в миналото, естествено е да очакваме, че те няма да бъдат вечни. Така че, въпреки че тази еволюция е потисната сега (защото Вселената е студена), тя не е безкрайно потисната. Не е изчезнало.
БТ: Говорили сме много за интуицията във физиката. Тази, която споделихте с Хокинг, подхрани това сътрудничество и ви позволи да завършите теорията си, дори когато Хокинг бавно загуби способността си да използва изкуствения си глас. Как го направи това?
TH: Това е малко като да си в брак, нали? Или наистина всяка дългосрочна връзка - можете да отгатнете мислите на другия. Към края това се случи и с нас. Развихме интимност, когато ставаше въпрос за космологията и нейните фундаментални проблеми. В по-късните етапи развихме невербален слой на комуникация, в който можех да задавам въпроси с "да" или "не" на Стивън и да чета изражението на лицето му.
Това се разви по доста спонтанен начин, но беше възможно само защото в края на 90-те и началото на 2000-те имахме няколко много добри години, в които Стивън можеше да говори доста свободно чрез своя синтезатор на реч. Той наистина ме въвлече в мислите си за тези парадокси, свързани с мултивселената
BT: Смятате ли, че способността му да премества външни проблеми и да ги интуитира е това, което го е направило толкова велик физик?
TH: Интуицията на Стивън се основава на 15 години правене на много изчисления. Не му е дошло от небето. Това се корени в ранните етапи на кариерата му.
Разбира се, има нещо гениално, което се случва в началото на 80-те, когато той губи способността си да пише уравнения. Той имаше капацитета и упоритостта да се преквалифицира, за да изпълнява теоретична физика по много уникален начин. Беше по-базиран на интуиция, по-далеч от уравненията от другите и със способността да визуализира форми и геометрии в главата си. Истинската му слава се крие в това, че с този нов език той успя да стигне до определени открития, които бяха много трудни за възпроизвеждане с уравнения.
За произхода на времето: Последната теория на Стивън Хокинг $16,79 на Amazon
Ако ви хареса това интервю с Томас Хертог, можете да прочетете повече за последната теория, която той разработи в тясно сътрудничество с известния физик Стивън Хокинг в новата му книга „За произхода на времето“. Това е ясна обиколка на наистина умопомрачителната концепция в сърцето на последната работа на Хокинг.
Няма коментари:
Публикуване на коментар